DE2504970A1

DE2504970A1 - Flachfolien - kuehlvorrichtung

Info

Publication number: DE2504970A1
Application number: DE19752504970
Authority: DE
Inventors: Siegfried Braun; Dieter Czerwon; Friedrich Rueppel
Original assignee: Barmag Barmer Maschinenfabrik AG
Current assignee: Oerlikon Barmag AG
Priority date: 1975-02-06
Filing date: 1975-02-06
Publication date: 1976-08-26
Also published as: US4078033A

Description

Bag. 929

25049

B a r m a g

Banner Maschinenfabrik Aktiengesellschaft

Wuppertal

Flachfolien - Kühlvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen frisch extrudierter Folien aus thermoplastischen Polymeren in einem Bad, insbesondere in einem Wasserbad.

Frisch extrudierte Folien in einem Wasserbad zu kühlen, ist ein häufig angewendetes Verfahren. Obgleich bereits Maßnahmen ergriffen wurden, dieses Kühlverfahren zu vervollkommne^ haften ihm noch Mängel an, welche die Qualität der fertigen Folie und der aus dieser hergestellten Endprodukte wie z. B. Bändchen, insbesondere Web-,Raschelbändchen und Taulitzen erheblich beeinträchtigen.

Naturgemäß wird das Kühlwasser im Nahbereich der Folie stärker aufgeheizt als in weiter entfernten Bereichen des Bades. Diese Erwärmung führt dazu, daß das Kühlmittel, welches mit der in das Bad eintauschenden Folie unmittelbar in Berührung

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kommt, zumindest im mittleren Bereich - in Bezug auf die Bahnbreite - den Siedepunkt erreicht. Dabei bilden sich Bläschen an der Oberfläche der eintauchenden und erst im Erstarren begriffenen Folienbahn. Diese Erscheinungen wirken in vielerlei Hinsicht nachteilig auf die Folie ein. Es entstehen dadurch z. B. Vernarbungen in der Oberfläche, die beim späteren Verstrecken der Folie zu unterschiedlichen Materialstärken und ungleichmäßiger Orientierung der Molekülstruktur und u.U. gar zu Rißbildungen führen. Die hohe Kühlwassertemperafrur im unmittelbaren Bereich der Folienbahn hat vor allen Dingen zur Folge, daß die Kühlgeschwindigkeit derart stark herabgesetzt wird, daß die Folie einen erheblichen seitlichen Einsprung erfährt. Unter Einsprung versteht man die Verminderung der Bahnbreite als Folge des Heißverzuges sowie der Abkühlung und der dadurch bedingten Zusammenziehung des Materials. Rasches Abkühlen vermindert erfahrungsgemäß diese Erscheinung. Durch den Einsprung in der Bahnbreite werden die Folien in den Randbereichen dicker als in der Mitte.Dieser Wandstärkenunterschied und „der Unterschied der Kühlwassertemperatur in Bezug auf die Bahnbreite haben des weiteren den Nachteil, daß Spannungen entstehen, die ein Ausbeulen der Folienbahn zur Folge haben. Als äußerst abträglich wirkt sich dieses Ausbeulen der Folienbahn beim Durchlaufen des über dem Kühlbad befindlichen Abzugswalzenpaares aus, denn hier können sich Falten in der Folie bilden, die ihrerseits beim späteren Längeschneiden der Folienbahn zum Zwecke der Bändchenherstellung, zu unregelmäßigen und gezackten Bändchenrändern führen. Derartige ungleichmäßige Bändchen sind z. B. für die Gewebeherstellung völlig unbrauchbar.

Nach der CH - PS ^61 776 ist bereits ein Bad zum Kühlen kontinuierlicher Filme aus thermoplastischem Material bekannt. Dort

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_soll ein rasches Abkühlen der Folienbahn dadurch erreicht werden, daß das aufgeheizte Kühlwasser aus dem Bereich der Folie nicht weit unter der Kühlbadoberfläche abgezogen wird. Man ist dabei besonders darauf bedacht, Turbulenzen an der Oberfläche der Folie zu vermeiden. Das Absaugen der Kühlflüssigkeit erfolgt dadurch in einem derart großen Abstand von der Folie, daß die Kühlwirkung nicht intensiv genug ist, um ein rasches Abkühlen zu erzwingen.

Ih größerem Abstand unter dem Kühlbadspiegel sind Rohre angeordnet, zwischen denen die Folie hindurchtritt. Diese Bohre weisen Längsschlitze auf, mit deren Hilfe Wasser und Gasbläschen abgesaugt werden sollen, die an der Oberfläche der Folie haftend von dieser mitgeschleppt werden.Der Abstand der Absaugrohre von der Eintrittsstelle der Folie in das Kühlbad ist so groß, daß die Folie bei der Berührung mit den Rohren bereits weitgehend erstarrt ist. Das Absaugen der Bläschen an der dort aufgezeigten Stelle kommt zu spät, um deren schädliche Wirkung auf die Folienoberfläche zu verhindern.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe ein rasches und über die Bahnbreite gesehen gleichmäßiges Abkühlen der in das Bad eintauchenden, frisch extrudierten Folienbahn zu erreichen, um insbesondere das unerwünschte und äußerst nachteilige Ausbeulen der Folienbahn zu verhindern. Daruberhinaus soll das Auftreten von Gasbläschen an der Oberfläche der Folie verhindert werden, um dadurch deren qualitatsmxndernde Wirkung zu beseitigen.

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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein rasches und insbesondere gleichmäßiges Abschrecken der Folie über die gesamte Bahnbreite, was sehr deutlich am Verlauf der "Frostlinie" erkennbar ist. Unter der"Frostlinie" versteht der Fachmann den sichtbaren Übergang des Folienmaterials vom schmelzflüssigen in den erstarrten Zustand. Sie zeigt nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen gegenüber bisherigen Erfahrungen vergleichbar geringen und insbesondere über die gesamte Folienbahnbreite gleichmäßigen Abstand zum Flüssigkeitsspiegel des Kühlbades. Gleichzeitig werden damit die vorbeschriebenen nachteiligen Auswirkungen der ungleichmäßigen Abkühlung beseitigt, insbesondere das Ausbeulen der Folie tritt nicht mehr auf. Die im Anspruch beschriebene Maßnahme erhöht vorteilhaft die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß der rascher gekühlten Folie beim Verlassen des Kühlbades erheblich weniger Flüssigkeit anhaftet, als einer weniger schnell gekühlten Folie. Das dadurch bedingte schnellere Trocknen der Folie ist für die sich an den Kühlvorgang anschließende kontinuierliche Weiterverarbeitung von positiver Bedeutung. Der im Anspruch 3 angegebene Anströmwinkelbereich hst sich insbesondere hinsichtlich der schnellen Auskühlung der Folie als vorteilhaft gezeigt.

Zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient die im Anspruch h beschriebene Vorrichtung. Sie erfüllt nicht nur die verfahrensbedingten Funktionen und Anforderungen in zweckmäßiger- und sicherer Weise, sondern sie ist darüberhinaus einfach in ihrem Aufbau und im Vergleich zu den bisher bekannten, zweckgleichen Kühleinrichtungen sehr wenig kostenaufwendig.

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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung ist in Anspruch 5 beschrieben. Diese Ausgestaltung erlaubt eine besonders raumsparende Ausführung und Anordnung des Kühlbadbehälters.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung/ zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

Es zeigen: .

Jig. 1: Die perspektivische Darstellung eines

Kühlbades mit teilweise aufgeschnittener Wand,

Fig. 2: einen Schnitt durch erfindungswesentliche Teile der Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 ist das Breitschlitzwerkzeug 1 zum Auspressen der Kunststoffolie 2 über die Zuführleitung bzw. den Anschlußstutzen 3 mit einer nicht dargestellten Lieferstelle für schmelzflüssiges polymeres Material, z. B. mit einem Extruder verbunden. Die Breitschlitzdüse 1 ist über bzw. in dem Behälter 4 derart angeordnet, daß die Düsenöffnung mit einem Abstand von wenigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Kühlbades liegt. Der Flüssigkeitsspiegel ist durch Linien 5 an der Folie 2 und der Wand des Behälters h angedeutet. Auf beiden Seiten der Folienbahn in geringem Abstand und parallel zu dieser sowie zueinander und zum Flüssigkeitsspiegel sind als Flüssigkeitsdüsen ausgebildete Rohre 6 angeordnet. Sie liegen einige wenige Zentimeter unterhalb des Flüssigkeitsspiegels. Anstelle des dargestellten kreisrunden Querschnitts können die Rohre 6 auch jeden anderen geeigneten Querschnitt aufweisen (z.B.tropfenförmig). Jedes Rohr 6 weist einen Längsschlitz 7 auf, der die ge-

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samte Folienbreite überdeckt. Als Kühlflüssigkeit wird im allgemeinen Wasser verwendet. Das aus den Längsschlitzen 7 austretende Wasser ist durch Pfeile 8 schematisch angedeutet. An den dem Betrachter zugewandten Stirnseiten sind die rohrförmigen Flüssigkeitsdüsen 6 über flexible Leitungen 9 mit einer nicht dargestellten Kühlflüssigkeitsquelle verbunden. Die flexiblen Leitungen 9 lassen eine Höhen- sowie eine Seitenverstellung der Rohre 6 zu. Die Halterungen für die Rohre 6, sowie Umlenkstäbe und Abzugswalzen für die Folie sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die Abzugsrichtung der Folie ist durch einen Pfeil angedeutet.

In Fig, 2 sind wesentliche Teile der Kühlvorrichtung im Schnitt dargestellt. Die als Verteilerelemente 11 ausgebildeten Verlängerungen der flexiblen Zuführleitungen 9 (Abb.1) sind im Inneren der als Flüssigkeitsdüsen ausgebildeten Rohre koaxial zu diesen derart angeordnet, daß sie sich mindestens über die gesamte Länge der Längsschlitzdüsen 7 erstrecken. Die Verteilerelemente 11 weisen eine Vielzahl von in einer achsparallelen Reihe angeordneten Löchern 12 auf, die radial durch die Wände der rohrförmigen Verteilerelemente 11 geführt sind und jeweils auf die dem Längsschlitz 7 diametral gegenüberliegenden Wand eines Rohres 6 gerichtet sind.

Die Anordnung sowie die Querschnittsformen und -größen der Löcher 12 sind so gewählt, daß, bedingt durch den sich ergebenden Gesamtdurchflußwiderstand, die Austrittsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit über die Breite der Verteilerelemente gleichmäßig ist. Durch die Umlenkung der Kühlflüssigkeit beim Aufprallen auf die Innenwand und bedingt durch die großen Durchflußquerschnitte über und unterhalb des Verteilerelementes 11, wird die hohe Austrittsgeschwindigkeit der aus den Löchern

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austretende Flüssigkeitsströme (hoher dynamischer Druck) in eine niedrige Fließgeschwindigkeit (niedriger dynamischer Druck) umgewandelt. Der im Inneren der Flüssigkeitsdüse (6) stattfindende Ausgleich des statischen Druckes und das dort vorhandene nahezu laminare Strömungsbild bewirken einen"aus dem Schlitz 7 über die ganze Breite mit gleichmäßiger Geschwindigkeit austretenden, turbulenzarmen, auf die Folie gerichteten Flüssigkeitsstrom. Die aus den Längsschlitzen 7 austretende Flüssigkeitsströmung bildet sich etwa blattförmig aus, wobei die freie Längsseite des"Blattes"die gesamte Folienbahnbreite kontinuierlich überstreicht. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Folie beidseitig mit Flüssigkeitsströmen beaufschlagt wird. Die Oberkante der Rohre 6 liegen 10 bis I50 mm unterhalb des Bad-Wasserspiegels, vorzugsweise in einem Abstand zwischen 20 und 80 mm. Ihr Abstand zur Folienbahn ist so gewählt, daß die Auftrefflinie der Wasserströme auf die Folie unterhalb des Flüssigkeitsspiegels des Bades liegt, wobei ihr Auftreffwinkel(A)gegen die Normale in einem Punkt der Auftrefflinie zwischen 0 und 60 , vorzugsweise zwischen I5 und ^5 beträgt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung ist in Abhängigkeit vom Auftreffwinkeli d.) so bestimmt, daß an der Oberfläche der Folienbahn im wesentlichen eine laminare Strömung vorliegt. Die nicht völlig zu vermeidenden Turbulenzen haben keine nennenswerte Auswirkung auf die Eigenschaften der Folienoberfläche. Da die Rohre 6 höhen- und seitenverstellbar angeordnet sind, kann ihre Anordnung jederzeit den gegebenen Verhältnissen und Anforderungen angepaßt werden. Vorzugsweise wird ihre Lage so gewählt, daß sich die Auftrefflinien der beiden Flüssigkeitsströme auf den beiden Folienbahnseiten genau gegenüberliegen.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Kühlen frisch extrudierter Folien aus thermoplastischen Polymeren in einem Bad, insbesondere in einem Wasserbad, dadurch gekennzeichnet, daß die noch nicht erstarrte Folienbahn unmittelbar nach dem Eintritt in das Kühlbad unterhalb der Wasseroberfläche über ihre gesamte Breite mit mindestens einem Flüssigkeitsstrom beaufschlagt wird.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der (die) Flüssigkeitsstrom ( -ströme) der Laufrichtung der Folienbahn entgegengerichtet ist (sind).

25,) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftreffwinkel (Λ) des (der) Flüssigkeitsstromes ( -ströme) zwischen 0 und 60 gegen die Normale(13) im Auftreffpunkt beträgt.

h.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (5) des Kühlbades (^,5) mindestens ein Rohr (6) "parallel zur Folienbahn (2) und zum Flüssigkeitsspiegel (5)angeordnet ist,

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welches Rohr (6) über eine Zuführleitung (9) mit einer Flüssigkeitsquelle (nicht dargestellt) verbunden ist, und dessen Wandung einen durchgehenden, achsparallelen, gegen die Folienbahn (2) gerichteten Längsschlitz (7) aufweist, dessen Länge mindestens gleich der Breite ist, mit der die Folienbahn (2) in das Kühlbad (4,5) eintaucht.

5·) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß im Inneren des Rohres (6) ein Verteilerelement (11) angeordnet ist, das sich über die gesamte Länge des Längsschlitzes (7) erstreckt und eine Vielzahl von Löchern (12) aufweist, die auf die dem Längsschlitz (7) diametral gegenüberliegende Wand des Rohres (6) gerichtet sind.

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